机电一体化复习重点

1、学习好资料欢迎下载第一章 绪论1、机电一体化技术的主要特征1）整体结构最优化 在传统机械产品中，为了增加实现某一种功能或实现某一种控制规律，往往靠增加机械结构的办法来实现。而在设计机电一体化系统时，可以从机械、电子、计算机硬件和软件四个方面去实现同一功能。这里 的最优，不一定是尖端技术，关键是指满足用户要求的最优组合。2）系统控制智能化 大多数机电一体化系统都具有自动控制、自动检测、自动 信息处理、自动修正、自动诊断、自动记录和自动显示等功能。3）操作性能柔性化 由于计算机软件技术的引入，只需改变传动机构的运动规 律而不必改变硬件机构来协调不同生产对象的加工生产。机电一体化技术是以计算机为控制

2、中心，在设计过程中强调机械部件和电子器件的 相互作用和影响在，整个装置包括软件在内，具有很好的灵活性。2、机电一体化系统的共性关键技术1）检测传感技术2）信息处理技术 包括信息的输入、变换、换算、存储和输出技术3）自动控制技术包括经典控制理论和现代控制理论4）伺服驱动技术 是直接执行操作的技术，伺服系统是实现电信号到机械动作 的转换装置与部件、它对动态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。5）精密机械技术 机电一体化技术要求精密机械减轻重量、减小体积、减小变 形（热变形）、改善动态性能，提高使用寿命，提高关键零部件的精度和刚 度。6）系统总体技术 接口技术是系统技术中的一个重要方面。她是实现系

3、统各部 分有机连接的保证。 主要包括电气接口、 机械接口、人-机接口、软件接口。3、机电一体化系统的功能构成原理4、输入质帚S物能信外扰 废弃输出结构功能vL卜主功能（变换、传递、保存）动力功能7V/7.7=信息与控制功能动力输入显示 控制输入控制输出（能量）（佶息-人或其它系统）图1一1机电一体化系统的功能构成机电一体化的功能构成要素内駐劫力五官头腐传感器计算机人和机电一悴化条统的五人嚷索出/质量息 输Z】物能信(Fig 1 3 Five Elements of Man 甘nd Mechatronics System)5、机电一体化系统设计的步骤ra j-4 系统设计的基本捋骤.1 J- 1

4、1-1式+： Ji系统屮所台运动元件的数R；k乘统屮辂动元件的数FI：35元仲的琏梯励；元件J的帝也楼；E作川在元件上的力：7元件j上的转矩.如県所选生的械研克冗件是转动的.井且向这一冗件匕转化，则其孵时功为：tv= X*C -7)式中 Tr转化厉的等效转矩.如果所选宦的被硏究元件是移动的，井且向这一元件上转化+则其般时功为：W= F,S(2-8式屮：此-转化后的等效力。建立系统的数学模型梅各种物理缴都转化到电动机轴上后，就可以建立系统的数学樓型.蛙输入晴为轴I的输 入蔚位移 补输出疑为工作台的线位福x：n隈据功陡等效原理，将兀转化到轴I的输入坏位移 G为*(2 - 30在轴1 I根堆动力半衡

5、原理有： if da P(2-31)磐+ F等+ g= &瓦* d fd r将式（2-30）代入式（2-31J整理后得七(2 32)J密斗f凳十出兀二諾决劣* d td t 、 2n f “这就是机械传动系统的数学模型，它是一个二阶钱性锻分方程其中&、F、杠均为常数 传递函数为：= 4 - /+ + & -莎2 皿+ Q(2 - 33)式中；吗乘统的周有制i率，叫=k/j（；系统的阻尼比， 也 +也収 A（2 + A2口 = -FTTT 1 + , ；4- 一+ 止冉 （272*1 *1 *1 hk *ik *lA同理.门缓苗轮系输出轴总转角课蔓为；(Z 73式屮汕璇-第k个齿嶷的转誓溟差*九

6、一第k个齿轮所在轴至输出轴的传功比。为提高轮系的传动精度，从输入端到输出端的各级传动比应按“前小后大” 次序分配。而且要使最后一集传动比尽可能大，同时最后一级齿轮副制造精度应尽可能高。这样可以减小各齿轮副的加工误差、安装误差以及回转误差。补充：1、滚珠螺旋传动的校正：疲劳点蚀（动载荷）、变形（静载荷）、刚度、压杆稳定计算（失稳）2、滚珠螺旋传动的预紧方式：单螺母变位导程预紧、单螺母增大钢球直径预紧、双螺母垫片预紧3、滚珠丝杆副的几何参数：公称直径、基本导程、接触角4、主轴回转精度的一般定义：作为主轴回转运动时，主轴内线速度为零的点的连线，称为主轴在该瞬时的回转中心线。由于轴承的误差、轴颈的圆度

7、、主轴的挠曲、轴系的振动等原因，每一瞬时主轴的回转中心线 O O都在变动。这些瞬时回转中心线的平均空间位置， 定为理想回转中心线 OO,且与固定参考坐标系固联。主轴每一瞬时的回转中心线相对于 理想回转中心线的偏离量为 S，这些偏移量的带宽就是主轴的回转精度。8) 轴系热特性(1) 轴系热特性主要参数A热源强度B温升C热位移(2) 改善轴系热特性的措施A. 减少热量减少热源；降低热源的发热量B. 加强散热合理规划冷却和冷却剂的通道；改善轴系散热条件C热位移补偿直接补偿一检测装置将实际热位移和许用值进行比较，超差时伺服机构给出补偿运动抵消轴系热位移；间接补偿一检测装置发现 温度场的不对称度太大时，

8、伺服机构借助外部热源或冷源，使热场保持 对称D.减小热位移结构设计9) 密珠轴承高精度的特点：(1) 接触型面为简单型面，工艺性好，圆度或平面度可保证在0.5微米以下(2) 利用配磨内圈滚道尺寸或配研钢球等方法，易保证合理的配合过盈量(3) 利用平均效应原理，使密珠轴承的回转精度达到 0.10.5微米的高水平，因此广泛的应用于高精度机械和仪器中。10) 滚动导轨的特点:(1)摩擦系数小(2)动、静摩擦系数基本相同(3)可以预紧(4)定位精度咼(5)保养方面(6)寿命长第三章 伺服驱动技术1)伺服系统的组成：控制器、功率放大器、执行机构和检测装置四大部分。控制器功率放大执if机构输出a检测技買图

9、3-1伺服系统的组成(Fig 3 1 Construction of Servo System)2)伺服电动机的基本要求:(1)具有较宽而平滑的调速范围 (2)具有较硬的机械特性和良好的调节特性(3) 具有快速响应特性(4) 空载启动电压小补充:1、 步进电动机的结构与工作原理(P70即通电方式)2、步距角：步距角是指每给一个脉冲信号，电动机转子转过的角度的理论值，取决于 电动机的结构与控制方式。360PZK式中：P定子相数；Z转子齿数；K通电系数，即通电拍数与相数的比值，K=m/K.3）步进电机的驱动电路：（1）单电压驱动电路3-K单电压驱动电路(Fig*38Single Voltage D

10、riving Circuit)工作原理：整个驱动电路共分二级： 第一级（VT1, VT2）是射极跟随器， 作电流放大；第二级（VT3）是功率放大，直接用来驱动步进电机绕组。 现以A相为例：当输入信号 Uu （即环形分配器输出的脉冲信号）为低 电平时，虽然VT1, VT2管等都导通，但只要适当选择R1, R3，R5的阻值，使Ub30, VT3管饱和导通，步进电机的A相绕组通电。（2）高低双电压驱动电路團S-9髙氐压驱动电路(Fig. 39 Driving Circuit Using Highor Low Voltagd作原理为了改善步进电动机的频率响应和电流波 形，往往采用高、低圧双电压驱动电路

11、，如图 3 9所示（图中只画出一相驱动电路）。当分 配器输出血为高电平，即要求该相绕组通电时三极管VTVTd的某棊械都有信号电压输入，使VT.VT,均导通.于是在高压电源作用下 逖时二槪管VD两端卓受的是反向电压，处于截止状态，可吏氐压电源不对绕组作用）绕组电 流迅速上升+电流冊沿很陡当电流达到或稍微趙过额泄稳态电流时，利用足时电路或电流检 测器傅切斷VTf玮扱匕的信号电压于虻VI；截|匕，但此时VT,仍然足导通的，因此绕组屯流 立即转而由低压电沥经过极管订口供给当环理分配器输出端的电压甌消光耍求绕组断晅时基楼上的信号电压消賁，于是 VT截止,绕组中的电流经二极管0及电阻 尽向高压电源放电+电

12、流便迅速下降*采用这种 高低压切换型电源，电动机绕组上不需要串联电阻或者兴需要审联一个桃小肘电阻 堆（平衡各 相的见淘所以狀源的功耗比核小.由于这种僕电方式便您流波形得到说大改善所以步进业 动机的转矩一频率持性好，启动和运行频率得到很大的提高4）步进电机的单片机控制：为了加强系统的抗干扰能力，驱动电路和单片机的接口部分使用了光电隔离（只用于数电，不用于模电） 5）直流电机的调速方式：广泛采用调节电枢电压方式，也有调节电枢电阻方式,调磁调速方式/ inI时攻变屯枢电阻时的机械转性（时改变电枢电金时的机械特性WJLrin也）改变磴通时的机械特性图315 育流电动机的调速特件第四章传感检测系统设计1

13、）检测系统设计的一般步骤:(1)设计任务分析(2)系统方案选择(3)系统构成框图设计(4)设计与制造环节(5)总装调试及实验分析(6)系统运行及考核补充:1、检测传感器种类很多，按其测量转换形式可分为模拟式传感器（将被测物理量转换成模拟电信号）和数字式传感器（直接输出编码或脉冲信号）2、霍尔元件传感器3、涡流式传感器4、模拟式传感器组成原理：采样、 A/D转换、V/F转换5、数字传感器的构成，提高精度的方法、细分方法6、压电式传感器的原理（p20）第五章计算机控制技术1）量化单位q定义:M :被转换的模拟量满量程；N:转换成二进制的位数 量化误差: =N越大，量化误差越小，但 N过大会导致计算

14、机有效字长的增加2）计算机控制系统典型结构计算机D/Au执行机构检测哦百A/D 转换器数字_调打器|林制耳I转换黔圭产过程妓拎对象I1F 5 -讣算机拧制系统的典型结构(Fig. 5 ITypical Cons tructicn of Computer Control System)计算机控制系统由 硬件和软件 两部分组成。3) 计算机控制系统的类型(1)操作指导控制系统 计算机只起数据采集和处理的作用，它不参与对系统的控制计算机图53操作指导控制系统(Fig*53 Control System for Gliding Operation)(2)直接数字控制系统计算机的运算和处理结果直接输出作用于被控对象。执行器 检测蛊被控时彖图5-4直接数字控制系统(Ftg. 54 DDC System)(3) 监督控制系统 监督机制是根据最原始的生产工艺信息及现场检测信息, 按照描述生产过程的数字模型，计算出生产过程的最优设定值，